土體變形時(shí)間效應(yīng)特性及加載歷史累加-遺傳修正技術(shù)研究.pdf

1、為滿足高速鐵路高速、安全、平順、舒適的行車要求，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須具有高度的平順性和穩(wěn)定性。路堤荷載作用下地基變形是路基工后沉降的主要來(lái)源，而工后沉降是引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期服役性能劣化的核心因素，因此合理控制地基在路堤長(zhǎng)期靜載作用下產(chǎn)生的沉降變形是保證高速鐵路長(zhǎng)期、安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。按照現(xiàn)有的地基沉降計(jì)算方法計(jì)算得到的理論沉降變形和工程實(shí)測(cè)變形具有顯著差異，表明現(xiàn)有方法的精度已經(jīng)難以滿足高速鐵路的需要，尤其對(duì)于缺乏物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)的硬

2、塑黏土等中低壓縮性土，按照目前的方法得到的理論沉降變形普遍低于工程實(shí)測(cè)變形，因此探明中低壓縮性土在長(zhǎng)期靜載作用下具有時(shí)間效應(yīng)的變形狀態(tài)演化特征與規(guī)律，可為高速鐵路無(wú)砟軌道路基工后沉降的評(píng)價(jià)與控制提供一定的理論和技術(shù)參考。
　　在總結(jié)、整理和吸取已有研究成果的基礎(chǔ)上，以不同應(yīng)力水平下土體具有時(shí)間效應(yīng)的變形狀態(tài)演化規(guī)律為核心，通過(guò)應(yīng)力控制式三軸儀開展了中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的常規(guī)三軸試驗(yàn)、分級(jí)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正技術(shù)及土體在長(zhǎng)期靜載作用

3、下變形狀態(tài)特征等方面的研究分析。本文主要工作和成果如下:
　　(1)蠕變?nèi)S試驗(yàn)是研究土體變形時(shí)間效應(yīng)的重要途徑，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提供恒定的軸向荷載和圍壓是其基本要求，而現(xiàn)有的應(yīng)變控制式三軸儀不能適應(yīng)蠕變?cè)囼?yàn)的技術(shù)特點(diǎn)，在總結(jié)已有改裝設(shè)計(jì)應(yīng)力控制式三軸儀的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了一種基于固結(jié)儀改裝的應(yīng)力控制式三軸儀，并采用該三軸儀通過(guò)變形控制法和等時(shí)加載法兩種試驗(yàn)方法確定三軸試驗(yàn)的破壞偏應(yīng)力。試驗(yàn)表明:改裝設(shè)計(jì)的應(yīng)力控制式三軸儀通過(guò)砝碼杠桿

4、系統(tǒng)提供軸向荷載、通過(guò)高位水箱提供圍壓，具有較好的穩(wěn)定性;通過(guò)變形控制法和等時(shí)加載法確定的破壞偏應(yīng)力沒(méi)有明顯差別，但是等時(shí)加載法的試驗(yàn)操作更為方便。
　　(2)研究土體變形時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題多采用分級(jí)加載的蠕變?cè)囼?yàn)，但前級(jí)加載會(huì)對(duì)后級(jí)荷載的變形產(chǎn)生干擾，如何考慮加載歷史的影響是進(jìn)一步討論變形時(shí)間效應(yīng)的關(guān)鍵。開展了分級(jí)加載歷史引起的試樣硬化和流變介質(zhì)的記憶效應(yīng)分析，提出累加前級(jí)變形并扣除遺傳變形的處理方法減小加載歷程對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的干擾，通過(guò)

5、冪函數(shù)擬合變形時(shí)間歷程數(shù)據(jù)，構(gòu)建了累加-遺傳修正法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ);采用改裝的應(yīng)力控制式三軸儀，進(jìn)行了分級(jí)加載下中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的蠕變?cè)囼?yàn)，對(duì)比分析了傳統(tǒng)的坐標(biāo)平移法與累加-遺傳法兩種修正方法對(duì)軸向塑性變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，驗(yàn)證了累加-遺傳法的合理性。
　　(3)在土體變形時(shí)間效應(yīng)已有研究成果的基礎(chǔ)上，分析了不同荷載水平下長(zhǎng)期靜載作用的具有時(shí)間效應(yīng)的土體變形的演化特征，基于變形衰減與非衰減、變形速率收斂與發(fā)散，土體變形狀態(tài)隨荷載水平

6、的提高可劃分為快速收斂、緩慢收斂、緩慢破壞和快速破壞四種類別;采用應(yīng)力控制式三軸儀開展了分級(jí)加載條件下中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的蠕變?nèi)S試驗(yàn)，通過(guò)累加-遺傳法將分級(jí)加載的試驗(yàn)曲線轉(zhuǎn)化為分別加載的情況，采用冪函數(shù)擬合軸向塑性變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了冪次值與偏應(yīng)力水平兩者間具有兩端劇烈下降、中間保持穩(wěn)定特點(diǎn)的倒“S”型關(guān)系曲線，基于曲線形態(tài)判別法得到了劃分中低壓縮性土四種變形狀態(tài)類別的三個(gè)偏應(yīng)力水平閾值，即以破壞偏應(yīng)力歸一化分別為20％，70％和